En este estudio se escaló un generador de dispersión de microburbujas de 1 L (teniendo un volumen de trabajo de 0.5 L) a fermentaciones de volumen de trabajo de 20 y 50 L para investigar el efecto sobre la velocidad de transferencia de oxígeno durante el cultivo de levadura de panadería Saccharomyces cerevisiae ATCC 4111.

Los patrones de crecimiento de cultivo microbiano muestran una fase inicial lenta (fase lag), seguida de una fase exponencial rápida (fase log), y luego una fase estacionaria donde no ocurre crecimiento debido a las limitaciones de los nutrientes. Son deseables unas fases cortas lag y log para cultivos a gran escala más económicos. Los cultivos típicos aeróbicos a gran escala de 10.000 L o mayores tienen una transferencia de masa de oxígeno limitada. El área de superficie interfacial gas-líquido y los fenómenos de tiempo de residencia de las burbujas son los pasos limitantes de envío de oxígeno a los microorganismos.

Se ha mostrado que la dispersión de microburbujas (MBD) puede usarse eficientemente para incrementar la velocidad de transferencia de oxígeno en un sistema de fermentación aeróbica. La aplicación de la MBD en una fermentación de tanque de agitación aeróbico fue investigada por Kaster et al. (ver bibliografía en el documento) en un fermentador de 2 L, teniendo un volumen de trabajo de 1.5 L. La dispersión de microburbujas proporcionó una transferencia de oxígeno eficiente, con valores de KLa que eran más grandes un 30% que el aire burbujeado a una potencia de agitador equivalente a las razones de volumen.

En esta investigación se empleó una dispersión de microburbuja para suministrar oxígeno para una fermentación aeróbica de levadura de panadería. El generador MBD de 1 L proporcionaba burbujas para fermentaciones con un volumen de trabajo de 20 y 50 L en un fermentador a escala piloto de 72 L. Se estabilizaron las microburbujas con los surfactantes presentes de forma natural en el medio de cultivo. Fueron comparados los patrones de crecimiento de la levadura Saccharomyces cerevisiae, cultivada a velocidades de agitación de 150 y 500 rpm, para oxígeno suministrado por burbujeo de aire ordinario y MBD. Ambos sistemas, aire burbujeado y MBD, fueron suministros de aire a velocidades de flujo volumétrico equivalentes.

Los coeficientes volumétricos de transferencia de oxígeno (KLa) fueron estimados por el método de coeficiente de rendimiento. Los valores de KLa se incrementaron de 142.5 a 458.3 h-1, y de 136.1 a 473.3 h-1, para corridas de 20 y 50 L respectivamente, cuando la velocidad de agitación se incrementó de 150 a 500 rpm en las fermentaciones de aire burbujeado. Se encontró que los coeficientes de transferencia de oxígeno en las fermentaciones MBD eran independientes de la velocidad de agitación a aproximadamente 480 h-1 para corridas de 20 L, y 340 h-1 para corridas de 50 L. Las velocidades de crecimiento para MBD a 150 rpm fueron esencialmente equivalentes con las fermentaciones de aire burbujeado a 500 rpm. El consumo de potencia total por unidad de volumen de caldo de cultivo para la fermentación MBD a 150 rpm fue 68% menor que las fermentaciones de 20 L de aire burbujeado a 500 rpm, y 55% menor para las fermentaciones de 50 L.